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WO2024157391A1 - 音圧低減構造 - Google Patents

音圧低減構造 Download PDF

Info

Publication number
WO2024157391A1
WO2024157391A1 PCT/JP2023/002264 JP2023002264W WO2024157391A1 WO 2024157391 A1 WO2024157391 A1 WO 2024157391A1 JP 2023002264 W JP2023002264 W JP 2023002264W WO 2024157391 A1 WO2024157391 A1 WO 2024157391A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resonance
sound pressure
pipe
tube
resonance frequency
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/002264
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
剣一 豊島
将喜 田中
健太 南
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to PCT/JP2023/002264 priority Critical patent/WO2024157391A1/ja
Publication of WO2024157391A1 publication Critical patent/WO2024157391A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the present invention relates to a sound pressure reduction structure.
  • Sound pressure reduction structures are used in a variety of fields to suppress noise. For example, there are many sound sources inside a car. Since quietness from noise inside and outside the car is required, an effective sound pressure reduction structure is necessary for automobiles.
  • a sound pressure reduction structure has been proposed that has a pipeline and a ⁇ /4 resonance tube connected to the pipeline (for example, JP 2015-169092 A).
  • the ⁇ /4 resonance tube is connected in a branch-like manner in a direction intersecting the extension direction of the pipeline, i.e., to the side of the pipeline.
  • This ⁇ /4 resonance tube has, for example, the same resonance frequency as the primary resonance frequency of the pipeline.
  • the present invention aims to provide a sound pressure reduction structure that can reduce the sound pressure around the primary resonance frequency of the pipeline while reducing the installation space.
  • the sound pressure reduction structure comprises a pipeline having a first open end and a second open end in an extension direction, a ⁇ /4 resonance tube having a resonance frequency higher than the primary resonance frequency of the pipeline and lower than the secondary resonance frequency of the pipeline, and a connection part provided between the first open end and the second open end, connecting the ⁇ /4 resonance tube to the pipeline and satisfying the following formula (1), and has a change position b1 where the acoustic impedance zb at the primary resonance frequency of the pipeline changes discontinuously along the extension direction, and a position a1 among multiple intersections between a differential za' of the acoustic impedance za of the pipeline and a differential zb' of the acoustic impedance zb at the resonance frequency of the ⁇ /4 resonance tube, which is closest to the first open end, and the position of the connection part in the extension direction is between the position a1 and the change position b1.
  • L represents the size of the connection part in the extension direction
  • D represents the size of the pipeline in the radial direction intersecting the extension direction at the position where the connection part is provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a sound pressure reduction structure according to an embodiment of the present invention together with changes in acoustic impedance.
  • 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a connection portion between a pipe and a ⁇ /4 resonance pipe illustrated in FIG. 1 .
  • 2 is a diagram illustrating an example of a planar configuration of a connection portion illustrated in FIG. 1 .
  • 13A and 13B are diagrams illustrating a configuration of a sound pressure reduction structure according to a modified example.
  • 5 is a diagram illustrating another example of the sound pressure reduction structure shown in FIG. 4 .
  • 5 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube illustrated in FIG. 4 etc.
  • 5A to 5C are diagrams illustrating other examples of the sound pressure reduction structure shown in FIG. 4 .
  • 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of the ⁇ /4 resonance tube shown in FIG. 4 etc.
  • 1A to 1C are diagrams for explaining the configuration of a sound pressure reduction structure used in the examples.
  • 11 is a diagram showing an evaluation result of a sound pressure reduction effect of Example 1.
  • FIG. 11 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Example 2.
  • FIG. 13 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Example 3.
  • FIG. 13 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Example 4.
  • 13 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Comparative Example 1.
  • FIG. 13 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Comparative Example 2.
  • FIG. FIG. 13 is a diagram showing an evaluation result of the sound pressure reduction effect of Comparative Example 3.
  • the sound pressure reduction structure comprises a pipeline having a first open end and a second open end in an extension direction, a ⁇ /4 resonance tube having a resonance frequency higher than the primary resonance frequency of the pipeline and lower than the secondary resonance frequency of the pipeline, and a connection part provided between the first open end and the second open end, connecting the ⁇ /4 resonance tube to the pipeline and satisfying the following formula (1), and has a change position b1 where the acoustic impedance zb at the primary resonance frequency of the pipeline changes discontinuously along the extension direction, and a position a1 among multiple intersections between the differential za' of the acoustic impedance za of the pipeline and the differential zb' of the acoustic impedance zb at the resonance frequency of the ⁇ /4 resonance tube, which is closest to the first open end, and the position of the connection part in the extension direction is between the position a1 and the change position b1.
  • L represents the size of the connection part in the extension direction
  • D represents the size of the pipeline in the radial direction intersecting the extension direction at the position where the connection part is provided.
  • the resonant frequency of the ⁇ /4 resonance tube is higher than the primary resonant frequency of the pipeline, so the tube length is shorter than that of a ⁇ /4 resonance tube having the same resonant frequency as the primary resonant frequency of the pipeline.
  • connection portion connecting the ⁇ /4 resonance tube to the pipeline satisfies the above formula (1), and the position of the connection portion in the extension direction is between the position a1 closest to the first open end among the multiple intersection points between the differential za' of the acoustic impedance za of the pipeline at the resonance frequency of the ⁇ /4 resonance tube and the differential zb' of the acoustic impedance zb at the primary resonant frequency of the pipeline and the change position b1 where the acoustic impedance zb changes discontinuously along the extension direction, so that the sound pressure around the primary resonant frequency of the pipeline is reduced. Therefore, it is possible to reduce the sound pressure around the primary resonant frequency of the pipeline while reducing the installation space.
  • FIG. 1 shows the configuration of a sound pressure reduction structure 1 according to an embodiment of the present invention together with changes in acoustic impedance.
  • the sound pressure reduction structure 1 has a pipe 10, a ⁇ /4 resonance tube 20 connected to the pipe 10, and a connection part 30 connecting the pipe 10 and the ⁇ /4 resonance tube 20.
  • the pipe 10 is a hollow member extending in a predetermined direction.
  • a first open end 11 is provided at one end of the pipe 10 in the extension direction, and a second open end 12 is provided at the other end.
  • sound entering the pipe 10 from the first open end 11 is propagated along the extension direction of the pipe 10 and radiated from the second open end 12.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 is connected in a direction intersecting with the extension direction of the pipe 10. That is, in the sound pressure reduction structure 1, the pipe length direction of the ⁇ /4 resonance tube 20 is provided in a direction intersecting with the extension direction of the pipe 10.
  • the connection portion 30 connecting the pipe 10 and the ⁇ /4 resonance tube 20 is provided between the first open end 11 and the second open end 12 in the extension direction of the pipe 10.
  • the extension direction of the pipe 10 is sometimes referred to as the Y direction
  • the pipe length direction of the ⁇ /4 resonance pipe 20 is sometimes referred to as the Z direction
  • the direction intersecting the Y direction and the Z direction is sometimes referred to as the X direction.
  • the pipe 10 has, for example, a rectangular prism shape having four planes (planes 13, 14, 15, and 16).
  • the planes 13 and 14 are provided opposite each other in the Z direction, and the planes 15 and 16 are provided opposite each other in the X direction.
  • the plane 14 is provided with a slit extending in the Y direction, and an adapter having a through hole is provided in the slit.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 is inserted into the through hole of the adapter.
  • the XZ cross section of the pipe 10 is, for example, a square.
  • the pipe 10 extending in the Y direction has a predetermined size in the radial direction, i.e., in the Z direction.
  • the radial size of the pipe 10 is the size in the pipe length direction of the ⁇ /4 resonance pipe 20, i.e., the size in the Z direction.
  • the radial size of the pipe 10 is, for example, the distance between the plane 13 and the plane 14 facing each other in the Z direction.
  • the pipe 10 has a radial size D, for example, at the position where the connection part 30 is provided.
  • the pipe 10 has the same radial size (size D) from the first open end 11 to the second open end 12, for example.
  • the radial size D of the pipe 10 may change between the first open end 11 and the second open end 12.
  • the size D of the pipe 10 is, for example, about 1 cm to 50 cm.
  • the size of the pipe 10 in the Y direction is, for example, about 0.1 m to 5 m.
  • the pipe 10 has a predetermined first resonance frequency F b .
  • the primary resonance frequency Fb of the pipe 10 is, for example, 50 Hz to 500 Hz.
  • the acoustic impedance zb at the first resonance frequency Fb of the pipeline 10 varies along the Y direction.
  • the dashed line in Fig. 1 represents the variation in the acoustic impedance zb at the first resonance frequency Fb in the Y direction.
  • the change position b1 is, for example, the center position of the pipeline 10 in the Y direction.
  • the pipeline 10 is made of, for example, a metal material or a resin material.
  • the metal material that can be used include aluminum, titanium, magnesium, tungsten, iron, steel, chromium, chromium molybdenum, nichrome molybdenum, and alloys thereof.
  • the resin material that can be used include polypropylene, polyethylene, acrylic resin, polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyamideimide, polyarylate, polyetherimide, polyacetal, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyimide, and triacetyl cellulose.
  • Other materials that can be used include carbon fiber reinforced plastic (CFRP), carbon fiber, and glass fiber reinforced plastic.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 connected to the pipe 10 has a predetermined pipe length (size in the Z direction in FIG. 1).
  • the pipe length of the ⁇ /4 resonance tube 20 is, for example, 0.05 m to 1 m.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 has an opening at one end in the pipe length direction. This opening of the ⁇ /4 resonance tube 20 is connected to the pipe 10 via the connection part 30. The other end in the pipe length direction of the ⁇ /4 resonance tube 20 is closed. Therefore, the sound wave incident on the pipe 10 from the first open end 11 travels through the pipe 10 in the Y direction while being influenced by the ⁇ /4 resonance tube 20 near the connection part 30.
  • One end and the other end in the pipe length direction of the ⁇ /4 resonance tube 20 have, for example, a rectangular planar shape (see FIG. 3 described later).
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 has a center position c in the Y direction.
  • the resonance frequency F a of the ⁇ /4 resonance tube 20 is higher (larger) than the primary resonance frequency F b of the duct 10 and lower (smaller) than the secondary resonance frequency F c of the duct 10.
  • the primary resonance frequency F b of the duct 10 is about 200 Hz
  • the secondary resonance frequency F c is about 390 Hz
  • the resonance frequency F a of the ⁇ /4 resonance tube 20 is about 330 Hz to 350 Hz.
  • the tube length of the ⁇ /4 resonance tube 20 can be shortened compared to the case where a ⁇ /4 resonance tube having the same resonance frequency as the primary resonance frequency F b of the duct 10 is used, and the size of the sound pressure reduction structure 1 in the Z direction can be reduced.
  • the acoustic impedance za of the duct 10 at frequency F a which is the resonant frequency of the ⁇ /4 resonance tube 20, changes along the Y direction.
  • the solid line in Fig. 1 represents the change in the acoustic impedance za at the resonant frequency F a in the Y direction.
  • the duct 10 there are generally a plurality of intersections between the differential za' of the acoustic impedance za at the resonant frequency F a and the differential zb' of the acoustic impedance zb at the first resonant frequency F b of the duct 10, and when the position a1 of these multiple intersections is closest to the first open end 11, the position of the connection portion 30 in the Y direction is closer to the second open end 12 than the position a1.
  • connection portion 30 of the ⁇ /4 resonance tube 20 to the pipe 10 is provided between the position a1 and the change position b1 (not including the position a1 and the change position b1). This effectively reduces the sound pressure around the first resonance frequency Fb of the pipe 10.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 is made of, for example, the same material as that described for the above-mentioned pipe 10.
  • the constituent material of the ⁇ /4 resonance tube 20 and the constituent material of the pipe 10 may be the same or different.
  • connection portion 30 3 shows the planar (XY plane) shape of the connection part 30.
  • the connection part 30 is a part that connects the ⁇ /4 resonance tube 20 to the pipe 10, and the presence of the connection part 30 connects the sound wave path of the ⁇ /4 resonance tube 20 and the sound wave path of the pipe 10.
  • the size and shape of the connection part 30 are, for example, approximately the same as the size and shape of the opening of the ⁇ /4 resonance tube 20.
  • the size and shape of the connection part 30 may be different from the size and shape of the opening of the ⁇ /4 resonance tube 20. For example, when the size of the opening of the ⁇ /4 resonance tube 20 is different from the size of the opening of the pipe 10, the part that substantially contributes to the connection between the ⁇ /4 resonance tube 20 and the pipe 10 is the connection part.
  • connection part 30 has, for example, a rectangular planar shape (XY plane) and has a predetermined size in the X and Y directions.
  • the size of the connection part 30 in the X direction is smaller than the size of the pipeline 10 in the X direction, but it is preferable that it is closer to the size of the pipeline 10 in the X direction.
  • the connection part 30 is disposed, for example, approximately in the center of the pipeline 10 in the X direction.
  • the connection portion 30 has a predetermined size L in the Y direction.
  • the size L of the connection portion 30 is, for example, approximately the same as the size in the Y direction of the opening of the ⁇ /4 resonance tube 20.
  • the size L of the connection portion 30 satisfies the following formula (1).
  • the size L of the connection portion 30 in the Y direction is larger than half the size D of the pipe 10.
  • L represents the size of the connection portion 30 in the Y direction
  • D represents the size of the pipeline 10 in the Z direction at the position where the connection portion 30 is provided.
  • the tube length of the ⁇ /4 resonance tube 20 is shorter than when a ⁇ /4 resonance tube having the same resonance frequency as the primary resonance frequency F b of the duct 10 is connected to the duct 10, and the size of the sound pressure reduction structure 1 in the Z direction is reduced. This will be described below.
  • the resonance frequency of the ⁇ /4 resonance tube depends on its tube length, it is difficult to shorten the tube length when the resonance frequency of the ⁇ /4 resonance tube is adjusted to be the same as the primary resonance frequency Fb of the duct. That is, in a sound pressure reduction structure having such a ⁇ /4 resonance tube, the size in a direction intersecting the extension direction of the duct 10 (for example, the Z direction) is also likely to be large.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 connected to the duct 10 has a resonance frequency F a that is higher than the primary resonance frequency F b of the duct 10 and lower than the secondary resonance frequency F c of the duct 10, and therefore the tube length of the ⁇ /4 resonance tube 20 is shorter than that of a ⁇ /4 resonance tube having the same resonance frequency as the primary resonance frequency F b .
  • the size of the sound pressure reduction structure 1 in the Z direction is reduced.
  • the sound pressure around the primary resonance frequency F b of the pipe 10 is reduced. This is presumed to be because the wavefront of the sound wave traveling in the Y direction in the pipe 10 is easily disturbed by the connection portion 30 that satisfies formula (1), and the mismatch of the acoustic impedance becomes large. Therefore, in the sound pressure reduction structure 1, it is possible to reduce the sound pressure around the primary resonance frequency of the pipe while reducing the installation space. Note that the mechanism presumed as above does not limit the technical scope of the present invention.
  • connection portion 30 of the ⁇ /4 resonance tube 20 to the pipeline 10 in the Y direction between a position a1 that is closest to the first open end 11 among multiple intersections between the derivative za' of the acoustic impedance za and the derivative zb' of the acoustic impedance zb at the primary resonance frequency Fb of the pipeline 10, and a change position b1 where the acoustic impedance zb changes discontinuously, it is possible to effectively reduce the sound pressure around the primary resonance frequency Fb of the pipeline 10.
  • connection portion 30 can be provided on one of the pair of flat surfaces 13, 14 (flat surface 14 in FIG. 2 ). This increases the mismatch in acoustic impedance, and further effectively reduces the sound pressure around the primary resonance frequency Fb of the duct 10.
  • ⁇ Modification> 4 and 5 show the configuration of a sound pressure reduction structure 1 according to a modified example.
  • this sound pressure reduction structure 1 a plurality of ⁇ /4 resonance tubes ( ⁇ /4 resonance tubes 201, 202) are connected to a pipeline 10 via a connection portion 30.
  • the sound pressure reduction structure 1 according to the modified example has the same configuration as the sound pressure reduction structure 1 of the above embodiment, and exerts the same effects.
  • the ⁇ /4 resonance tubes 201, 202 connected to the pipeline 10 are disposed adjacent to each other in the Y direction via a partition 21. These multiple ⁇ /4 resonance tubes ( ⁇ /4 resonance tubes 201, 202) are connected to the pipeline 10 via one connection part (connection part 30).
  • the partition 21 is made of, for example, the same material as the ⁇ /4 resonance tubes 201, 202.
  • the thickness (size in the Y direction) of the partition 21 is, for example, about 0.1 mm to 10 mm.
  • the lengths of the ⁇ /4 resonance tubes 201 and 202 may be the same as each other ( FIG. 4 ) or different from each other ( FIG. 5 ).
  • the ⁇ /4 resonance tubes 201 and 202 have a resonance frequency F a that is higher than the primary resonance frequency F b of the pipe 10 and lower than the secondary resonance frequency F c of the pipe 10.
  • the ⁇ /4 resonance tubes 201 and 202 may have the same resonance frequency F a or may have different resonance frequencies F a and F d .
  • connection portion 30 is provided between the position a1 and the change position b1, which effectively reduces the sound pressure around the first resonance frequency Fb of the tube 10.
  • Position a1 is the position in the Y direction closest to the first open end 11 among a plurality of intersections between the differential za' of the acoustic impedance za at the lower resonant frequency F a and the differential zb' of the acoustic impedance zb at the first resonant frequency F b of the pipe 10.
  • Position d1 is the position in the Y direction closest to the first open end 11 among a plurality of intersections between the differential zd' of the acoustic impedance zd at the higher resonant frequency F d and the differential zb' of the acoustic impedance zb at the first resonant frequency F b of the pipe 10.
  • connection portion 30 it is preferable to provide a portion of the connection portion 30 corresponding to the ⁇ /4 resonance tube 201 having the lower resonance frequency F a between the position a1 and the change position b1.
  • the ⁇ /4 resonance tube 201 having a longer tube length is responsible for reducing the sound pressure around the primary resonance frequency F b of the pipe 10, and the ⁇ /4 resonance tube 202 has a shorter tube length than the ⁇ /4 resonance tube 201, thereby suppressing the size of the sound pressure reduction structure 1 in the Z direction.
  • the center position c2 of the ⁇ /4 resonance tube 202 having a higher resonance frequency F d is disposed at a change position (not shown) in the Y direction where the acoustic impedance at the resonance frequency F d changes discontinuously.
  • the sound pressure around the resonance frequency F d of the ⁇ /4 resonance tube 202 is also reduced along with the sound pressure around the primary resonance frequency F b of the pipe 10.
  • Figure 6 shows the cross-sectional (XY cross-section) configuration of the ⁇ /4 resonance tubes 201, 202 and the partition 21.
  • the size L of the connection part 30 is approximately equal to the sum of the size in the Y direction of the openings of the ⁇ /4 resonance tubes 201, 202 and the thickness of the partition 21.
  • the size L of this connection part 30 satisfies the above formula (1) in relation to D.
  • FIG. 7 shows another example of the sound pressure reduction structure 1 shown in FIGS. 4 and 5.
  • the sound pressure reduction structure 1 may have three ⁇ /4 resonance tubes ( ⁇ /4 resonance tubes 201, 202, 203) adjacent to each other in the Y direction via a partition 21, or may have four or more ⁇ /4 resonance tubes. These three or more ⁇ /4 resonance tubes may have the same resonance frequency (not shown), or some or all of them may have different resonance frequencies.
  • FIG. 8A shows another example of the configuration of the ⁇ /4 resonance tubes ( ⁇ /4 resonance tubes 201-216) and the cross section (XY cross section) of the partition 21.
  • the sound pressure reduction structure 1 may have multiple ⁇ /4 resonance tubes (e.g., ⁇ /4 resonance tubes 201, 205, 209, 213) adjacent to each other in the X direction via the partition 21.
  • the sound pressure reduction structure 1 includes, for example, multiple ⁇ /4 resonance tubes 201-216 arranged in a matrix via the partition 21.
  • the multiple ⁇ /4 resonance tubes have a resonance frequency F a that is higher than the primary resonance frequency F b of the pipeline 10 and lower than the secondary resonance frequency F c of the pipeline.
  • the size L of the connection portion 30 in the Y direction satisfies the above formula (1).
  • the cross-sectional area S 0 of the duct is the same, the larger the cross-sectional area S b of the ⁇ /4 resonance tube is, the larger the transmission loss TL sb is.
  • the cross-sectional area S b is the sum of the opening areas of each of the multiple ⁇ /4 resonance tubes.
  • the cross-sectional area S b of the ⁇ /4 resonance tube can be easily increased. Therefore, the sound pressure around the primary resonance frequency F b of the duct 10 can be more effectively reduced.
  • S 0 represents the cross-sectional area of the pipe
  • S b represents the cross-sectional area of the ⁇ /4 resonance pipe
  • k represents a constant
  • l b represents the size of the pipe in the Y direction.
  • the sound pressure reduction structure 1 described in the above embodiment can be suitably used for reducing various sound pressures. Since the installation space of the sound pressure reduction structure 1 can be reduced, it is preferable to mount the structure on a vehicle and use the structure.
  • Examples of application sites include dash insulators, dash panels, floor carpets, spacers, door trims, sound absorbing structures in door trims, sound absorbing structures in compartments, instrument panels, instrument center boxes, instrument upper boxes, air conditioner housings, roof trims, sound absorbing structures in roof trims, sun visors, rear seat air conditioning ducts, cooling ducts of battery cooling systems in battery-equipped vehicles, cooling fans, center console trims, sound absorbing structures in consoles, parcel trims, parcel panels, seat headrests, front seat backs, and rear seat backs.
  • the sound pressure reduction structure can be applied to trunk floor trims, trunk boards, trunk side trims, sound absorbing structures in trims, and drafter covers.
  • the present invention can also be applied to the interior of the vehicle frame or between panels, such as pillar trim and fenders, and can also be applied to structures near the engine of the vehicle.
  • the sound pressure reduction structure 1B shown in FIG. 9 was created as follows.
  • a back plate 41, a sound absorber 42, a speaker 43, a cylindrical tube 44, the tube 10, and a microphone 47 were arranged along the extension direction of the tube 10.
  • the back plate 41, the sound absorber 42, the speaker 43, and the cylindrical tube 44 were arranged on the first open end 11 side of the tube 10, and the microphone 47 was arranged on the second open end 12 side.
  • the speaker 43 was fixed to the cylindrical tube 44 by a flange 48.
  • the cylindrical tube 44 and the tube 10 were connected using a flange 45 and a fitting 46.
  • the ⁇ /4 resonance tube 20 was connected to the tube 10 via the connection part 30 between the first open end 11 and the second open end 12.
  • the back plate 41 was made of acrylic resin and had a thickness of 15 mm.
  • the sound absorber 42 was made of White Quon (registered trademark, manufactured by Tokyo Bouon Co., Ltd.) and had a thickness of 50 mm.
  • the speaker 43 was made of FE103En (manufactured by Fostex).
  • the cylindrical tube 44 was made of acrylic resin and had an inner diameter of 10 cm.
  • the distance between the flange 48 and the flange 45 was 30 cm.
  • the conduit 10 was a conduit having a square XZ plane with a side length of 4.2 cm (see FIG. 2). That is, the radial (X-direction) size D of the conduit 10 was 4.2 cm.
  • the size of the conduit 10 in the Y-direction was 0.87 m.
  • the primary resonance frequency F b of this conduit 10 was around 200 Hz.
  • One of the planes constituting this conduit 10 (for example, the plane 14 in FIG. 2) was provided with slits extending in the X-direction and the Y-direction.
  • An adapter (not shown) having a through hole was placed in this slit, and a ⁇ /4 resonance tube was connected to this through hole.
  • a 378B02 (PCB Piezotronics) was used for microphone 47.
  • Microphone 47 was pre-calibrated to obtain a sound pressure of 94 dB (1 kHz).
  • Flanges 45 and 48 were made of acrylic resin and had a thickness of 15 mm.
  • Fitting 46 was made of acrylic resin and had a thickness of 20 mm and a square opening with sides of 4.2 cm.
  • Table 1 below shows the specifications of the sound pressure reduction structure 1B, the connection part 30, and the ⁇ /4 resonance tube used in each example.
  • L/D is 0.5 or more
  • the connection part 30 satisfies formula (1).
  • the sound pressure reduction effect was evaluated as follows while changing the position of the connection portion 30 in the Y direction.
  • a white noise signal was sent from a signal generating device to the speaker 43 of the sound pressure reduction structure 1B.
  • the signal acquired by the microphone 47 was subjected to processing including FET (Fast Fourier Transform) arithmetic processing.
  • FET Fast Fourier Transform
  • the frequency of the white noise signal was 100 to 4096 Hz.
  • a system manufactured by Siemens KK, SCADADSIII, SC310W
  • the frequency range was set to 0 to 4096 Hz, Hanning window, 30 average times, and 0% overlap.
  • Example 1 In Example 1, as shown in Table 1 above, a sound pressure reduction structure 1B was produced, and the sound pressure reduction effect was evaluated.
  • one ⁇ /4 resonance tube (tube length: 0.238 m, size in the X direction: 20.1 mm, size in the Y direction: 31.0 mm, resonance frequency: 332 Hz) was connected to the pipeline 10 via the connection part 30.
  • the size L of the connection part 30 was 31.0 mm, and the area of the XY plane was 304 mm2.
  • FIG. 8C one ⁇ /4 resonance tube divided into 20 sections by partitions 21 was used.
  • Example 2 One ⁇ /4 resonance tube (tube length: 0.238 m, size in X direction: 20.1 mm, size in Y direction: 36.4 mm, resonance frequency: 334 Hz) was used, the size L of the connection part 30 was changed to 36.4 mm, the area of the XY plane was changed to 365 mm2, and as shown in FIG. 8D, one ⁇ /4 resonance tube divided into 24 sections by partitions 21 was used. Except for this, the sound pressure reduction effect was evaluated in the same manner as in Example 1 above.
  • Example 3 One ⁇ /4 resonance tube (tube length: 0.238 m, size in X direction: 20.1 mm, size in Y direction: 41.8 mm, resonance frequency: 340 Hz) was used, the size L of the connection part 30 was changed to 41.8 mm, the area of the XY plane was changed to 426 mm2, and as shown in FIG. 8E, one ⁇ /4 resonance tube divided into 28 sections by partitions 21 was used. Except for this, the sound pressure reduction effect was evaluated in the same manner as in Example 2 above.
  • Example 4 One ⁇ /4 resonance tube (tube length: 0.238 m, size in X direction: 20.1 mm, size in Y direction: 47.2 mm, resonance frequency: 336 Hz) was used, the size L of the connection part 30 was changed to 47.2 mm, the area of the XY plane was changed to 487 mm2, and as shown in FIG. 8F, one ⁇ /4 resonance tube divided into 32 sections by partitions 21 was used. Except for this, the sound pressure reduction effect was evaluated in the same manner as in Example 3 above.
  • Figures 10 to 16 The evaluation results of each of the above-mentioned Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Figures 10 to 16.
  • the horizontal axis of Figures 10 to 16 represents the distance from the first open end to the center position c in the Y direction of the ⁇ /4 resonance tube, and the vertical axis represents sound pressure (SPL: Sound Pressure Level).
  • SPL Sound Pressure Level
  • the reference value R of the sound pressure is the value of the sound pressure of the first resonance frequency Fb of the pipe 10 when the center position c is at the change position b1.
  • connection part 30 is provided in the pipeline 10
  • multiple connection parts 30 may be provided in the pipeline 10.
  • a ⁇ /4 resonance tube is connected to the pipeline 10 via each of the multiple connection parts 30.
  • the tube length of the sections of the resonance tube 20 is constant, but the tube length and number of bends may be changed for each section as shown in Table 3 (an example is the acoustic metamaterial sound absorber described in WO2018/047153A1, but is not limited to this).
  • Table 3 an example is the acoustic metamaterial sound absorber described in WO2018/047153A1, but is not limited to this.
  • the lowest (smallest) resonance frequency measured by the normal incidence sound absorption coefficient measurement method (two microphone method) in accordance with ISO 10534-2 is 363 Hz.
  • the pipeline 10 has a quadrangular planar (XZ plane) shape, but the pipeline 10 may have other planar shapes.
  • the pipeline 10 may have a polygonal planar shape with pentagons or more sides, or may have a planar shape such as a circle or an ellipse.

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Abstract

【課題】設置スペースを小さくしつつ、管路の１次共鳴周波数周辺の音圧を低減することが可能な音圧低減構造を提供する。 【解決手段】延在方向の第１開放端および第２開放端を有する管路と、前記管路の１次共鳴周波数よりも高く、かつ前記管路の２次共鳴周波数よりも低い共鳴周波数を有するλ／４共鳴管と、前記第１開放端および前記第２開放端の間に設けられ、前記λ／４共鳴管を前記管路に連結するとともに、式（１）を満たす接続部とを備え、前記管路の１次共鳴周波数における音響インピーダンスｚｂが前記延在方向に沿って不連続に変化する変化位置ｂ１と、前記λ／４共鳴管の共鳴周波数における前記管路の音響インピーダンスｚａの微分ｚａ'と前記音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ'との複数の交点のうち前記第１開放端に最も近い位置ａ１と、を有し、前記延在方向における前記接続部の位置は、前記位置ａ１と前記変化位置ｂ１との間にある音圧低減構造である。

Description

音圧低減構造
　本発明は、音圧低減構造に関する。
　音圧低減構造は、騒音を抑えるため、様々な分野で用いられている。例えば、自動車内には多くの音源がある。車内および車外における騒音からの静粛性が要求されることから、自動車では、効果的な音圧低減構造が必要となる。
　管路と、管路に接続されたλ／４共鳴管とを有する音圧低減構造が提案されている（例えば、特開２０１５－１６９０９２号公報）。λ／４共鳴管は、管路の延在方向に交差する方向、即ち、管路のサイドに枝状に接続される。このλ／４共鳴管は、例えば、管路の１次共鳴周波数と同じ共鳴周波数を有している。
　λ／４共鳴管の共鳴周波数は管長の大きさに依存するので、管路の１次共鳴周波数と同じ共鳴周波数に調整されたλ／４共鳴管では、その管長を変更することが困難となる。このことに起因して、管路の周囲にλ／４共鳴管を配置するための空間が必要となり、音圧低減構造の設置スペースが大きくなりやすい。
　そこで本発明は、設置スペースを小さくしつつ、管路の１次共鳴周波数周辺の音圧を低減することが可能な音圧低減構造を提供することを目的とする。
　本発明の一形態に係る音圧低減構造は、延在方向の第１開放端および第２開放端を有する管路と、前記管路の１次共鳴周波数よりも高く、かつ前記管路の２次共鳴周波数よりも低い共鳴周波数を有するλ／４共鳴管と、前記第１開放端および前記第２開放端の間に設けられ、前記λ／４共鳴管を前記管路に接続するとともに、下記式（１）を満たす接続部とを備え、前記管路の１次共鳴周波数における音響インピーダンスｚｂが前記延在方向に沿って不連続に変化する変化位置ｂ１と、前記λ／４共鳴管の共鳴周波数における前記管路の音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と前記音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数の交点のうち前記第１開放端に最も近い位置ａ１と、を有し、前記延在方向における前記接続部の位置は、前記位置ａ１と前記変化位置ｂ１との間にある。
　式（１）中、Ｌは前記延在方向における前記接続部の大きさを表し、Ｄは前記接続部が設けられた位置での、前記延在方向に交差する径方向の前記管路の大きさを表す。
本発明の一実施形態に係る音圧低減構造の構成を、音響インピーダンスの変化とともに表す図である。 図１に示した管路およびλ／４共鳴管の接続部分の断面構成を表す図である。 図１に示した接続部の平面構成の一例を表す図である。 変形例に係る音圧低減構造の構成を表す図である。 図４に示した音圧低減構造の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の一例を表す図である。 図４に示した音圧低減構造のその他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 図４等に示したλ／４共鳴管の断面構成の他の例を表す図である。 実施例で使用した音圧低減構造の構成について説明するための図である。 実施例１の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 実施例２の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 実施例３の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 実施例４の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 比較例１の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 比較例２の音圧低減効果の評価結果を表す図である。 比較例３の音圧低減効果の評価結果を表す図である。
　本発明の一形態に係る音圧低減構造は、延在方向の第１開放端および第２開放端を有する管路と、前記管路の１次共鳴周波数よりも高く、かつ前記管路の２次共鳴周波数よりも低い共鳴周波数を有するλ／４共鳴管と、前記第１開放端および前記第２開放端の間に設けられ、前記λ／４共鳴管を前記管路に接続するとともに、下記式（１）を満たす接続部とを備え、前記管路の１次共鳴周波数における音響インピーダンスｚｂが前記延在方向に沿って不連続に変化する変化位置ｂ１と、前記λ／４共鳴管の共鳴周波数における前記管路の音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と前記音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数の交点のうち前記第１開放端に最も近い位置ａ１と、を有し、前記延在方向における前記接続部の位置は、前記位置ａ１と前記変化位置ｂ１との間にある。
　式（１）中、Ｌは前記延在方向における前記接続部の大きさを表し、Ｄは前記接続部が設けられた位置での、前記延在方向に交差する径方向の前記管路の大きさを表す。
　本形態に係る音圧低減構造によれば、λ／４共鳴管の共鳴周波数が管路の１次共鳴周波数よりも高くなっているので、管路の１次共鳴周波数と同じ共鳴周波数を有するλ／４共鳴管に比べて、管長が短くなる。また、λ／４共鳴管を管路に接続する接続部が、上記式（１）を満たすと共に、延在方向における接続部の位置は、λ／４共鳴管の共鳴周波数における管路の音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と管路の１次共鳴周波数における音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数の交点のうち第１開放端に最も近い位置ａ１と音響インピーダンスｚｂが延在方向に沿って不連続に変化する変化位置ｂ１との間にあるので、管路の１次共鳴周波数周辺の音圧が低減される。よって、設置スペースを小さくしつつ、管路の１次共鳴周波数周辺の音圧を低減することが可能となる。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本明細書において、範囲を示す「Ｍ～Ｎ」は「Ｍ以上Ｎ以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０～２５℃）／相対湿度４０～５０％の条件で行う。
　＜実施形態＞
　［音圧低減構造の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る音圧低減構造１の構成を、音響インピーダンスの変化とともに表している。音圧低減構造１は、管路１０と、管路１０に接続されたλ／４共鳴管２０と、管路１０およびλ／４共鳴管２０を接続する接続部３０とを有している。
　管路１０は、所定の方向に延在する中空部材である。管路１０の延在方向の一端には、第１開放端１１、他端には第２開放端１２が各々設けられており、例えば、第１開放端１１から管路１０に入射した音が、管路１０の延在方向に沿って伝搬され、第２開放端１２から放射される。λ／４共鳴管２０は、この管路１０の延在方向に交差する方向に接続されている。即ち、音圧低減構造１では、管路１０の延在方向に交差する方向に、λ／４共鳴管２０の管長方向が設けられている。管路１０およびλ／４共鳴管２０を接続する接続部３０は、管路１０の延在方向において、第１開放端１１と第２開放端１２との間に設けられている。以下の説明では、管路１０の延在方向をＹ方向、λ／４共鳴管２０の管長方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に交差する方向をＸ方向と言う場合もある。
　（管路１０）
　図２は、管路１０およびλ／４共鳴管２０の接続部分のＸＺ断面を表している。管路１０は、例えば、４つの平面（平面１３，１４，１５，１６）を有する四角柱形状を有している。管路１０では、例えば、平面１３および平面１４がＺ方向に対向して設けられ、平面１５および平面１６がＸ方向に対向して設けられている。例えば、平面１４には、Ｙ方向に延在するスリットが設けられており、このスリットに貫通孔を有するアダプタが設けられている。例えば、このアダプタの貫通孔にλ／４共鳴管２０が挿入される。管路１０のＸＺ断面は、例えば、正方形である。
　Ｙ方向に延在する管路１０は、径方向、即ち、Ｚ方向に所定の大きさを有している。管路１０のＸ方向およびＺ方向の大きさが異なるとき、管路１０の径方向の大きさは、λ／４共鳴管２０の管長方向の大きさ、即ちＺ方向の大きさである。管路１０の径方向の大きさは、例えば、Ｚ方向に対向する平面１３および平面１４の間の距離である。管路１０は、例えば、接続部３０が設けられた位置に、径方向の大きさＤを有している。管路１０は、例えば第１開放端１１から第２開放端１２まで、同一の径方向の大きさ（大きさＤ）を有している。管路１０の径方向の大きさＤは、第１開放端１１から第２開放端１２までの間で変化していてもよい。管路１０の大きさＤは、例えば、１ｃｍ～５０ｃｍ程度である。管路１０のＹ方向の大きさは、例えば、０．１ｍ～５ｍ程度である。管路１０は、所定の１次共鳴周波数Ｆｂを有している。管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂは、例えば、５０Ｈｚ～５００Ｈｚである。
　管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂは、Ｙ方向に沿って変化する。図１の破線は、１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂのＹ方向の変化を表している。管路１０には、１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂが不連続に変化するＹ方向の位置（第１開放端１１からのＹ方向への変化位置ｂ１）が存在する。変化位置ｂ１は、例えば、管路１０のＹ方向の中央の位置である。
　管路１０は、例えば、金属材料または樹脂材料等により構成されている。金属材料には、例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、および、これらの合金等を用いることができる。樹脂材料には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース等を用いることができる。その他、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）、カーボンファイバ、および、ガラス繊維強化プラスチック等の材料を用いることもできる。
　（λ／４共鳴管２０）
　管路１０に接続されたλ／４共鳴管２０は、所定の管長（図１のＺ方向の大きさ）を有している。λ／４共鳴管２０の管長は、例えば、０．０５ｍ～１ｍである。λ／４共鳴管２０は、管長方向の一端に開口を有している。このλ／４共鳴管２０の開口が、接続部３０を介して管路１０に接続されている。λ／４共鳴管２０の管長方向の他端は、閉じられている。したがって、第１開放端１１から管路１０に入射した音波は、接続部３０近傍でλ／４共鳴管２０の影響を受けつつ、管路１０をＹ方向に進む。λ／４共鳴管２０の管長方向の一端および他端は、例えば、四角形の平面形状を有している（後述の図３参照）。λ／４共鳴管２０は、Ｙ方向の中心位置ｃを有している。
　本実施形態では、このλ／４共鳴管２０の共鳴周波数Ｆａが、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く（大きく）、かつ管路１０の２次共鳴周波数Ｆｃよりも低く（小さく）なっている。例えば、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂが２００Ｈｚ程度であるとき、２次共鳴周波数Ｆｃは３９０Ｈｚ程度であり、λ／４共鳴管２０の共鳴周波数Ｆａは、３３０Ｈｚ～３５０Ｈｚ程度である。これにより、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂと同じ共鳴周波数のλ／４共鳴管を用いる場合に比べて、λ／４共鳴管２０の管長を短くすることができ、音圧低減構造１のＺ方向の大きさを抑えることが可能となる。
　本実施形態に係る音圧低減構造１において、λ／４共鳴管２０の共鳴周波数である周波数Ｆａにおける管路１０の音響インピーダンスｚａは、Ｙ方向に沿って変化する。図１の実線は、共鳴周波数Ｆａにおける音響インピーダンスｚａのＹ方向の変化を表している。管路１０には、共鳴周波数Ｆａにおける音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との交点が一般に複数個存在し、これら複数個の交点のうち第１開放端１１に最も近い位置をａ１とするとき、Ｙ方向における接続部３０の位置は、位置ａ１よりも第２開放端１２側にある。
　音圧低減構造１では、このλ／４共鳴管２０の管路１０への接続部３０が、前述した位置ａ１と変化位置ｂ１との間（位置ａ１，変化位置ｂ１は含まない）に設けられている。これにより、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧が効果的に低減される。
　λ／４共鳴管２０は、例えば、上記管路１０で説明した材料と同様の材料により構成されている。λ／４共鳴管２０の構成材料と、管路１０の構成材料とは同じであってもよく、異なっていてもよい。
　（接続部３０）
　図３は、接続部３０の平面（ＸＹ平面）形状を表している。接続部３０は、λ／４共鳴管２０を管路１０に接続する部位であり、接続部３０の存在により、λ／４共鳴管２０の音波の経路と管路１０の音波の経路とが接続される。接続部３０の大きさおよび形状は、例えば、λ／４共鳴管２０の開口の大きさおよび形状とほぼ同じである。接続部３０の大きさおよび形状は、λ／４共鳴管２０の開口の大きさおよび形状と異なっていてもよい。例えば、λ／４共鳴管２０の開口の大きさと、管路１０の開口の大きさとが異なるとき、λ／４共鳴管２０と管路１０との接続に実質的に寄与する部分が接続部である。
　接続部３０は、例えば、四角形の平面（ＸＹ平面）形状を有しており、Ｘ方向およびＹ方向に所定の大きさを有している。接続部３０のＸ方向の大きさは、管路１０のＸ方向の大きさよりも小さくなっているが、管路１０のＸ方向の大きさにより近いことが好ましい。接続部３０は、Ｘ方向において、例えば、管路１０のほぼ中央に配置されている。
　接続部３０は、Ｙ方向に所定の大きさＬを有している。接続部３０の大きさＬは、例えば、λ／４共鳴管２０の開口のＹ方向の大きさとほぼ同じである。本実施形態では、この接続部３０の大きさＬが下記式（１）を満たしている。言い換えれば、接続部３０のＹ方向の大きさＬは、管路１０の大きさＤの半分より大きくなっている。詳細は後述するが、これにより、音圧低減構造１では、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧が低減される。
　式（１）中、ＬはＹ方向における接続部３０の大きさを表し、Ｄは接続部３０が設けられた位置での管路１０のＺ方向の大きさを表す。
［音圧低減構造の作用効果］
　音圧低減構造１では、第１開放端１１から管路１０に入射した音波が、Ｙ方向に沿って進み、第２開放端１２から放射される。本実施形態では、接続部３０を介して管路１０に接続されたλ／４共鳴管２０が、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く、かつ管路１０の２次共鳴周波数Ｆｃよりも低い共鳴周波数Ｆａを有している。これにより、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂと同じ共鳴周波数を有するλ／４共鳴管を管路１０に接続する場合に比べて、λ／４共鳴管２０の管長が短くなるので、音圧低減構造１のＺ方向の大きさが抑えられる。以下、これについて説明する。
　管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減する場合には、１次共鳴周波数Ｆｂと同じ共鳴周波数を有するλ／４共鳴管を用いることを考え得る。しかし、λ／４共鳴管の共鳴周波数は、その管長に依存するため、λ／４共鳴管の共鳴周波数を管路の１次共鳴周波数Ｆｂと同じに調整すると、その管長を短くすることは困難となる。即ち、このようなλ／４共鳴管を有する音圧低減構造では、管路１０の延在方向と交差する方向（例えばＺ方向）の大きさも大きくなりやすい。
　これに対し、本実施形態では、管路１０に接続されたλ／４共鳴管２０が、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く、かつ管路１０の２次共鳴周波数Ｆｃよりも低い共鳴周波数Ｆａを有しているので、１次共鳴周波数Ｆｂと同じ共鳴周波数を有するλ／４共鳴管に比べて、λ／４共鳴管２０の管長が短くなる。これにより、音圧低減構造１では、Ｚ方向の大きさが抑えられる。
　また、接続部３０のＹ方向の大きさＬが、上記式（１）を満たすので、１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く、かつ２次共鳴周波数Ｆｃよりも低い共鳴周波数を有するλ／４共鳴管２０であっても、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧が低減される。これは、管路１０をＹ方向に進む音波の波面が、式（１）を満たす接続部３０によって乱れやすくなり、音響インピーダンスの不整合が大きくなるためだと推察される。したがって、音圧低減構造１では、設置スペースを小さくしつつ、管路の１次共鳴周波数周辺の音圧を低減することが可能となる。なお、上記のように推察されるメカニズムは、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
　さらに、λ／４共鳴管２０の管路１０への接続部３０のＹ方向の位置を、音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数個の交点のうち第１開放端１１に最も近い位置ａ１と、音響インピーダンスｚｂが不連続に変化する変化位置ｂ１との間に設けることにより、効果的に管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減することができる。
　加えて、管路１０が対向する一対の平面１３，１４を有することにより、この一対の平面１３，１４の一方（図２では平面１４）に、接続部３０を設けることができる。これにより音響インピーダンスの不整合が大きくなり、さらに効果的に管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減することができる。
　以下、上記実施形態で説明した音圧低減構造１の変形例について説明する。なお、以下では、説明の重複を避けるため、上記実施形態で説明した音圧低減構造１の各構成と同様の構成については詳細な説明を省略する。
　＜変形例＞
　図４および図５は、変形例に係る音圧低減構造１の構成を表している。この音圧低減構造１では、接続部３０を介して、複数のλ／４共鳴管（λ／４共鳴管２０１，２０２）が管路１０に接続されている。この点を除き、変形例に係る音圧低減構造１は、上記実施形態の音圧低減構造１と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。
　管路１０に接続されたλ／４共鳴管２０１，２０２は、仕切り２１を介してＹ方向に隣り合う位置に設けられている。この複数のλ／４共鳴管（λ／４共鳴管２０１，２０２）は、一つの接続部（接続部３０）を介して管路１０に接続されている。仕切り２１は、例えば、λ／４共鳴管２０１，２０２と同じ材料により構成されている。仕切り２１の厚み（Ｙ方向の大きさ）は、例えば、０．１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。
　λ／４共鳴管２０１，２０２の管長は、互いに同じであってもよく（図４）、異なっていてもよい（図５）。λ／４共鳴管２０１，２０２は、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く、かつ管路１０の２次共鳴周波数Ｆｃよりも低い共鳴周波数Ｆａを有している。λ／４共鳴管２０１，２０２は、互いに同じ共鳴周波数Ｆａを有していてもよく、互いに異なる共鳴周波数Ｆａ，Ｆｄを有していてもよい。
　λ／４共鳴管２０１，２０２の管長が同じであるとき（図４）、接続部３０が位置ａ１と変化位置ｂ１との間に設けられている。これにより、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧が効果的に低減される。
　λ／４共鳴管２０１，２０２の管長が異なり、各々の共鳴周波数が互いに異なる（共鳴周波数Ｆａ，Ｆｄ、ただし、共鳴周波数Ｆａ＜共鳴周波数Ｆｄ）とき、管路１０には、位置ａ１および位置ｄ１が存在する（図５）。位置ａ１は、より低い共鳴周波数Ｆａにおける音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数個の交点のうち第１開放端１１に最も近いＹ方向の位置である。位置ｄ１は、より高い共鳴周波数Ｆｄにおける音響インピーダンスｚｄの微分ｚｄ’と、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂにおける音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数個の交点のうち第１開放端１１に最も近いＹ方向の位置である。
　このとき、接続部３０のうち、より低い共鳴周波数Ｆａを有するλ／４共鳴管２０１に対応する部分を、位置ａ１と変化位置ｂ１との間に設けることが好ましい。管長のより長いλ／４共鳴管２０１が管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧低減を担い、λ／４共鳴管２０２はλ／４共鳴管２０１より管長が短くなることで、音圧低減構造１のＺ方向の大きさが抑えられる。また、より高い共鳴周波数Ｆｄを有するλ／４共鳴管２０２の中心位置ｃ２は、共鳴周波数Ｆｄにおける音響インピーダンスが不連続に変化するＹ方向の変化位置（図示せず）に配置されていることが好ましい。これにより、音圧低減構造１では、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧とともに、λ／４共鳴管２０２の共鳴周波数Ｆｄ周辺の音圧も低減される。
　図６は、λ／４共鳴管２０１，２０２および仕切り２１の断面（ＸＹ断面）の構成を表している。例えば、接続部３０の大きさＬは、λ／４共鳴管２０１，２０２の開口のＹ方向の大きさと仕切り２１の厚みとの和に、ほぼ等しい。この接続部３０の大きさＬが、Ｄとの関係で上記式（１）を満たしている。
　図７は、図４および図５に示した音圧低減構造１の他の例を表している。図７に示すように、音圧低減構造１は、仕切り２１を介してＹ方向に隣り合う３つのλ／４共鳴管（λ／４共鳴管２０１，２０２，２０３）を有していてもよいし、４つ以上のλ／４共鳴管を有していてもよい。この３つ以上のλ／４共鳴管は、互いに同じ共鳴周波数を有していてもよく（図示せず）、一部または全部が異なる共鳴周波数を有していてもよい。
　図８Ａは、λ／４共鳴管（λ／４共鳴管２０１～２１６）および仕切り２１の断面（ＸＹ断面）の構成の他の例を表している。音圧低減構造１は、仕切り２１を介してＸ方向に隣り合う複数のλ／４共鳴管（例えば、λ／４共鳴管２０１，２０５，２０９，２１３）を有していてもよい。音圧低減構造１は、例えば、仕切り２１を介してマトリクス状に配置された複数のλ／４共鳴管２０１～２１６を含んでいる。
　上記変形例に係る音圧低減構造１では、複数のλ／４共鳴管が、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂよりも高く、かつ前記管路の２次共鳴周波数Ｆｃよりも低い共鳴周波数Ｆａを有している。また、接続部３０のＹ方向の大きさＬが、上記式（１）を満たしている。これにより、上記実施形態で説明したのと同様に、設置スペースを小さくしつつ、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減することが可能となる。
　また、この音圧低減構造１では、接続部３０を介して複数のλ／４共鳴管が管路１０に接続されているので、第１開放端１１から管路１０に入射した音波の波面がより乱れやすくなり、音響インピーダンスの不整合が大きくなる。したがって、より効果的に管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減することができる。
　また、音圧低減構造では、下記式（２）に示す透過損失ＴＬｓｂが大きくなるほど、音圧が効果的に低減される。この透過損失ＴＬｓｂは、管路の断面積Ｓ０が同じであれば、λ／４共鳴管の断面積Ｓｂが大きくなるほど、大きくなる。断面積Ｓｂは、例えば、複数のλ／４共鳴管各々の開口面積の和である。複数のλ／４共鳴管（例えば、λ／４共鳴管２０１，２０２）を有する音圧低減構造１では、このλ／４共鳴管の断面積Ｓｂを容易に大きくすることができる。したがって、より効果的に管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧を低減することができる。
式（２）中、Ｓ０は管路の断面積、Ｓｂはλ／４共鳴管の断面積、ｋは定数、ｌｂは管路のＹ方向の大きさを表す。
　＜適用例＞
　上記実施形態で説明した音圧低減構造１は、種々の音圧を低減させる用途に好適に用いられうる。音圧低減構造１は、設置スペースを抑えることが可能であることから、車両に搭載されて用いられることが好ましい。適用部位の一例として、車室内において、ダッシュインシュレーター、ダッシュパネル、フロアのカーペット、スペーサー、ドアのドアトリム、ドアトリム内の吸音構造、コンパートメント内の吸音構造、インストパネル、インストセンターボックス、インストアッパーボックス、エアコンの筐体、ルーフトリム、ルーフトリム内の吸音構造、サンバイザー、後席向けエアコンダクト、電池搭載車両における電池冷却システムの冷却ダクト、冷却ファン、センターコンソールのトリム、コンソール内の吸音構造、パーセルトリム、パーセルパネル、シートのヘッドレスト、フロントシートのシートバック、リアシートのシートバックなどに適用可能である。さらに、トランクにおいては、トランクフロアのトリム、トランクボード、トランクサイドのトリム、トリム内の吸音構造、ドラフターカバーなどに適用可能である。また、車両の骨格内やパネル間にも適用することができ、例えば、ピラーのトリム、フェンダーに適用可能である。車両のエンジン付近の構成に適用することもできる。
　以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
　《音圧低減構造の作製》
　図９に示す音圧低減構造１Ｂを以下のように作成した。管路１０の延在方向に沿って、バックプレート４１、吸音体４２、スピーカー４３、円筒管４４、管路１０およびマイク４７を配置した。管路１０の第１開放端１１側にバックプレート４１、吸音体４２、スピーカー４３および円筒管４４を配置し、第２開放端１２側にマイク４７を配置した。スピーカー４３は、フランジ４８により円筒管４４に固定した。円筒管４４および管路１０は、フランジ４５およびフィッティング４６を用いて接続した。λ／４共鳴管２０は、第１開放端１１と第２開放端１２との間で、接続部３０を介して管路１０に接続した。
　音圧低減構造１Ｂ（図９）では、円筒管４４内に、管路１０の一部を挿入し、円筒管４４内に管路１０の第１開放端１１を設けた。音圧低減構造１Ｂでは、０．１２ｍだけ管路１０を円筒管４４内に挿入した。
　バックプレート４１には、厚さ１５ｍｍのアクリル樹脂製のバックプレートを使用した。吸音体４２には、厚さ５０ｍｍのホワイトキューオン（登録商標、東京防音株式会社製）を使用した。スピーカー４３には、ＦＥ１０３Ｅｎ（フォステクス製）を使用した。円筒管４４には、内径１０ｃｍのアクリル樹脂製の円筒管を使用した。フランジ４８とフランジ４５との間の距離は、３０ｃｍであった。管路１０には、一辺が４．２ｃｍの正方形のＸＺ平面を有する管路を使用した（図２参照）。即ち、管路１０の径方向（Ｘ方向）の大きさＤは、４．２ｃｍであった。管路１０のＹ方向の大きさは、０．８７ｍであった。この管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂは２００Ｈｚ周辺であった。この管路１０を構成する１つの平面（例えば、図２の平面１４）には、Ｘ方向およびＹ方向に延在するスリットが設けられていた。このスリットに、貫通孔を設けたアダプタ（図示せず）を配置し、この貫通孔にλ／４共鳴管を接続した。
　マイク４７には、３７８Ｂ０２（ＰＣＢ　Ｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ社製）を使用した。マイク４７は、９４ｄＢ（１ｋＨｚ）の音圧を取得できるように予め校正を行った。フランジ４５，４８には、厚さ１５ｍｍ、アクリル樹脂製のフランジを使用した。フィッティング４６には、厚さ２０ｍｍ、一辺が４．２ｃｍの正方形の開口を有するアクリル樹脂製のフィッティングを使用した。
　下記表１に、各実施例で使用した音圧低減構造１Ｂ、接続部３０およびλ／４共鳴管の仕様を示す。Ｌ／Ｄが０．５以上であるとき、接続部３０が式（１）を満たす。
　《音圧低減効果の評価》
　上記音圧低減構造１Ｂにおいて、接続部３０のＹ方向の位置を変化させながら、以下のようにして、音圧低減効果の評価を行った。まず、信号生成装置から、上記音圧低減構造１Ｂのスピーカー４３にホワイトノイズ信号を送った。この後、マイク４７で取得された信号について、ＦＥＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算処理を含む処理を行った。これにより、音圧レベルの測定結果を得た。ホワイトノイズ信号の周波数は、１００～４０９６Ｈｚであった。ＦＥＴ演算処理には、システム（シーメンス株式会社製、ＳＣＡＤＡＤＳＩＩＩ、ＳＣ３１０Ｗ）を使用した。ＦＥＴ演算処理は、周波数範囲０～４０９６Ｈｚ、ハニング窓（Ｈａｎｎｉｎｇ　ｗｉｎｄｏｗ）、平均回数３０回、オーバーラップ０％と設定した。
　［実施例１］
　実施例１では、上記表１に示すように、音圧低減構造１Ｂを作製し、音圧低減効果を評価した。実施例１では、１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：３１．０ｍｍ、共鳴周波数３３２Ｈｚ）を、接続部３０を介して管路１０に接続した。接続部３０の大きさＬは３１．０ｍｍ、ＸＹ平面の面積は３０４ｍｍ２であった。図８Ｃに示したように、仕切り２１により２０区画されたλ／４共鳴管を１つ使用した。
　［実施例２］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：３６．４ｍｍ、共鳴周波数３３４Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを３６．４ｍｍ、ＸＹ平面の面積を３６５ｍｍ２に変更し、図８Ｄに示したように、仕切り２１により２４区画されたλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、上記実施例１と同様にして、音圧低減効果を評価した。
　［実施例３］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：４１．８ｍｍ、共鳴周波数３４０Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを４１．８ｍｍ、ＸＹ平面の面積を４２６ｍｍ２に変更し、図８Ｅに示したように、仕切り２１により２８区画されたλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、上記実施例２と同様にして、音圧低減効果を評価した。
　［実施例４］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：４７．２ｍｍ、共鳴周波数３３６Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを４７．２ｍｍ、ＸＹ平面の面積を４８７ｍｍ２に変更し、図８Ｆに示したように、仕切り２１により３２区画されたλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、上記実施例３と同様にして、音圧低減効果を評価した。
　実施例１～４で使用したλ／４共鳴管の管長を、下記表２に示す。
　［比較例１］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：１４．７ｍｍ、共鳴周波数３３１Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを１４．７ｍｍ、ＸＹ平面の面積を１８３ｍｍ２に変更し、図８Ｂ及び上記表２に示したように、仕切り２１により１２区画されたλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、実施例３と同様にして音圧低減効果を評価した。
　［比較例２］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、共鳴周波数３３１Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを２０．１ｍｍ、ＸＹ平面の面積を２４３ｍｍ２に変更し、図８Ａ及び上記表２に示したように、仕切り２１により１６区画されたλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、実施例４と同様にして音圧低減効果を評価した。
　［比較例３］
　１つのλ／４共鳴管（管長：０．２３８ｍ、Ｘ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、Ｙ方向の大きさ：２０．１ｍｍ、共鳴周波数３５０Ｈｚ）を用い、接続部３０の大きさＬを２０．１ｍｍ、ＸＹ平面の面積を４０４ｍｍ２に変更し、仕切り２１を有さない１区画のλ／４共鳴管を１つ使用したこと以外は、実施例４と同様にして音圧低減効果を評価した。
　上記実施例１～４および比較例１～３各々の評価結果を図１０～図１６に示す。図１０～図１６の横軸は、λ／４共鳴管のＹ方向の中心位置ｃの第１開放端からの距離を表し、縦軸は音圧（ＳＰＬ：Ｓｏｕｎｄ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｌｅｖｅｌ）を表している。中心位置ｃが管路１０の第１開放端１１にあるときを０［ｍ］としている。音圧の参照値Ｒは、中心位置ｃが、変化位置ｂ１にあるときの管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂの音圧の値である。
　接続部３０の大きさＬが上記式（１）を満たす実施例１～４では、λ／４共鳴管２０の接続部３０の位置を位置ａ１と変化位置ｂ１との間に配置することにより、管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧が参照値Ｒからほとんど悪化しないのに対し、比較例１～３では、λ／４共鳴管を変化位置ｂ１以外のいずれの位置に配置しても管路１０の１次共鳴周波数Ｆｂ周辺の音圧は参照値Ｒから悪化した。
　以上、実施形態、変形例および実施例を用いて本発明の音圧低減構造について説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができる。たとえば、上記実施形態等で説明した音圧低減構造の各部の構成、形状および大きさ等は一例であり、他の構成、形状および大きさ等であってもよい。
　例えば、上記実施形態等では、管路１０に１つの接続部３０を設ける例を説明したが、管路１０に複数の接続部３０を設けるようにしてもよい。例えば、この複数の接続部３０各々を介してλ／４共鳴管が管路１０に接続される。
　また、例えば、上記実施形態等では、共鳴管２０の区画の管長は一定としているが、表３の様に区画ごとに管の長さ及び曲げ回数を変化させたもの（ＷＯ２０１８／０４７１５３Ａ１記載の音響メタマテリアル吸音体を例示できるが、これに限定されない）であってもよい。表３の仕様の共鳴管２０の場合、ＩＳＯ　１０５３４－２準拠の垂直入射吸音率測定法（２マイクロホン法）による一番低い（小さい）共鳴周波数は３６３Ｈｚとなる。
　また、上記実施形態では、管路１０が四角形の平面（ＸＺ平面）形状を有する例を説明したが、管路１０は、他の平面形状を有していてもよい。例えば、管路１０は、五角形以上の多角形の平面形状を有していてもよく、円または楕円等の平面形状を有していてもよい。

Claims (2)

  1. 　延在方向の第１開放端および第２開放端を有する管路と、
    　前記管路の１次共鳴周波数よりも高く、かつ前記管路の２次共鳴周波数よりも低い共鳴周波数を有するλ／４共鳴管と、
    　前記第１開放端および前記第２開放端の間に設けられ、前記λ／４共鳴管を前記管路に接続するとともに、下記式（１）を満たす接続部とを備え、
    　前記管路の１次共鳴周波数における音響インピーダンスｚｂが前記延在方向に沿って不連続に変化する変化位置ｂ１と、
    　前記λ／４共鳴管の共鳴周波数における前記管路の音響インピーダンスｚａの微分ｚａ’と前記音響インピーダンスｚｂの微分ｚｂ’との複数の交点のうち前記第１開放端に最も近い位置ａ１と、を有し、
    前記延在方向における前記接続部の位置は、前記位置ａ１と前記変化位置ｂ１との間にある、
    　音圧低減構造。

    　式（１）中、Ｌは前記延在方向における前記接続部の大きさを表し、Ｄは前記接続部が設けられた位置での、前記延在方向に交差する径方向の前記管路の大きさを表す。
  2. 　前記管路は対向する一対の平面を有し、
    　前記接続部は、前記一対の平面の一方に設けられている請求項１に記載の音圧低減構造。
     
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